Учёные выращивают растения на лунном грунте

Ученые вырастили растения в почве с Луны, что стало первым в истории человечества и переломным моментом в лунных и космических исследованиях.

В новой исследовательской статье, опубликованной в журнале Communications Biology 12 мая 2022 года, ученые Университета Флориды показали, что растения могут успешно прорастать и расти в лунном грунте. В их исследовании также изучалось, как растения биологически реагируют на лунную почву, также известную как лунный реголит, которая радикально отличается от типичной почвы на Земле.

Это исследование — первый шаг к выращиванию растений для еды и кислорода на Луне или во время космических миссий в будущем. Более того, это исследование связано с тем, что программа Артемиды планирует вернуть людей на Луну.

«Artemis потребует лучшего понимания того, как выращивать растения в космосе», — сказал Роб Ферл, один из авторов исследования и выдающийся профессор садоводческих наук в Институте пищевых и сельскохозяйственных наук UF (UF/IFAS).

По словам Анны-Лизы Пол, одного из авторов исследования и профессора-исследователя садоводческих наук UF/IFAS, даже в первые дни исследования Луны растения играли важную роль.

«Растения помогли установить, что образцы почвы, доставленные с Луны, не содержали патогенов или других неизвестных компонентов, которые могли бы нанести вред земной жизни, но эти растения были только покрыты лунным реголитом и на самом деле никогда не выращивались в нем», — сказал Пол.

Пол и Ферл — всемирно признанные эксперты в области изучения растений в космосе. Через Лабораторию космических растений UF они проводили эксперименты на космических шаттлах, на Международной космической станции и в суборбитальных полетах.

«Для будущих более длительных космических миссий мы можем использовать Луну в качестве центра или стартовой площадки. Логично, что мы хотели бы использовать уже существующую почву для выращивания растений», — сказал Ферл. «Итак, что происходит, когда вы выращиваете растения в лунной почве, что полностью выходит за рамки эволюционного опыта растений? Что будут делать растения в лунной оранжерее? Можем ли мы иметь лунных фермеров?»

Чтобы начать отвечать на эти вопросы, Ферл и Пол разработали обманчиво простой эксперимент: посадите семена в лунную почву, добавьте воду, питательные вещества и свет и запишите результаты.

Сложность: у ученых было всего 12 граммов — всего несколько чайных ложек — лунного грунта для проведения этого эксперимента. Эта почва, предоставленная НАСА , была собрана во время миссий Аполлона 11, 12 и 17 на Луну. Пол и Ферл трижды в течение 11 лет обращались за возможностью поработать с лунным реголитом.

Небольшое количество почвы, не говоря уже о ее неисчислимом историческом и научном значении, означало, что Полу и Ферлу пришлось разработать небольшой, тщательно спланированный эксперимент. Чтобы вырастить свой крошечный лунный сад, исследователи использовали лунки размером с наперсток в пластиковых чашках, обычно используемых для культивирования клеток. Каждый колодец функционировал как горшок. Заполнив каждый «горшочек» примерно граммом лунной почвы, ученые увлажнили почву питательным раствором и добавили несколько семян арабидопсиса.

Arabidopsis широко используется в науках о растениях, потому что его генетический код был полностью нанесен на карту. Выращивание арабидопсиса в лунной почве позволило исследователям лучше понять, как почва влияет на растения, вплоть до уровня экспрессии генов.

В качестве точек сравнения исследователи также посадили арабидопсис в АО-1А, земное вещество, которое имитирует настоящую лунную почву, а также смоделированные марсианские почвы и земные почвы из экстремальных условий. Растения, выращенные на этих нелунных почвах, составляли контрольную группу эксперимента.

Перед экспериментом исследователи не были уверены, прорастут ли семена, посаженные в лунную почву. Но почти все так и сделали.

«Мы были поражены. Мы этого не предвидели», — сказал Пол. «Это говорит нам о том, что лунные почвы не прерывают гормоны и сигналы, участвующие в прорастании растений».

Однако со временем исследователи заметили различия между растениями, выращенными в лунном грунте, и контрольной группой. Например, некоторые из растений, выращенных в лунных грунтах, были меньше, росли медленнее или отличались большим разнообразием размеров, чем их собратья.

Все это были физические признаки того, что растения работали, чтобы справиться с химическим и структурным составом лунной почвы, объяснил Пол. Это было дополнительно подтверждено, когда исследователи проанализировали образцы экспрессии генов растений.

«На генетическом уровне растения использовали инструменты, обычно используемые для борьбы со стрессорами, такими как соль и металлы или окислительный стресс, поэтому мы можем сделать вывод, что растения воспринимают среду лунного грунта как стрессовую», — сказал Пол. «В конечном счете, мы хотели бы использовать данные об экспрессии генов, чтобы помочь решить, как мы можем улучшить реакцию на стресс до уровня, при котором растения, особенно зерновые, могут расти в лунной почве с очень небольшим воздействием на их здоровье».

Реакция растений на лунную почву может быть связана с тем, где была собрана почва, говорят Ферл и Пол, которые сотрудничали в исследовании со Стивеном Элардо, доцентом кафедры геологии в Университете Флориды.

Например, исследователи обнаружили, что растения с наибольшим количеством признаков стресса были выращены в том, что лунные геологи называют зрелой лунной почвой. Эти зрелые почвы подвергаются большему воздействию космического ветра, который изменяет их состав. С другой стороны, растения, выращенные на сравнительно менее зрелых почвах, чувствовали себя лучше.

По словам Элардо, выращивание растений на лунных почвах также может изменить сами почвы.

«Луна — очень, очень сухое место. Как минералы в лунном грунте отреагируют на выращивание в них растения с добавлением воды и питательных веществ? Сделает ли добавление воды минералогию более благоприятной для растений?» — сказал Элардо.

Последующие исследования будут опираться на эти и другие вопросы. А пока ученые празднуют первые шаги к выращиванию растений на Луне.

«Мы хотели провести этот эксперимент, потому что в течение многих лет задавались вопросом: будут ли растения расти в лунной почве», — сказал Ферл. «Ответ, оказывается, да».

Ссылка: «Растения, выращенные в лунном реголите Аполлона, представляют связанные со стрессом транскриптомы, которые сообщают о перспективах исследования Луны», Анна-Лиза Пол, Стивен М. Элардо и Роберт Ферл, 12 мая 2022 г., Communications Biology .
DOI: 10.1038/s42003-022-03334-8

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.